Bestimmung und Optimierung von Colchicin-Alternativen für die Doppelhaploiden-Technik bei Mais (Zea mays L.)

In der Maiszchtung stellt die Doppelhaploidentechnik eine zeitsparende Alternative gegenber der herkmmlichen Erzeugung homozygoter Linien dar. Die DH-Technik lsst sich in zwei Schritte unterteilen: 1.) die Induktion von maternalen Haploiden durch Bestubung mit sogenannten Inducerlinien und 2.) die Aufregulierung der Chromosomen-stze zur Erzeugung von Doppelhaploiden durch die Behandlung mit einem Mitosegift. Insgesamt knnen bei jedem Schritt zwischen 1 - 10 % Haploide bzw. Doppelhaploide erzeugt werden. Dies zeigt somit noch ein deutliches Optimierungspotential auf. Zum einen ist der Mechanismus der Haploideninduktion noch nicht vollstndig geklrt und die Induktionsraten sind teilweise stark vom jeweiligen Genotyp abhngig. Zum anderen wird zur Aufregulierung der Chromosomenstze immer noch sehr hufig das im Speziellen fr Suger hochtoxische Alkaloid Colchicin eingesetzt. Aufgrund seiner geringen Spezifitt fr Pflanzenspindeln wird eine relativ hohe Menge an Colchicin bentigt, was die Anwendung teuer und vor allem fr den Anwender gefhrlich macht. Ziel der vorliegenden Arbeit war es die Doppelhaploiden-Technik bei Mais durch die Bestimmung von mindergiftigen und mglichst effizienten Colchicin-Alternativen zu verbessern. Hierfr wurden folgende Arbeitsschritte durchgefhrt: - Beurteilung von mglichen Colchicin-Alternativen durch Behandlung von Wurzelspitzen (chemische Substanzen, physikalische Methoden). - Optimierung der Inkubationsparameter zur Behandlung von Haploiden mit Colchicin-Alternativen.- Ermittlung neuer Colchicin-Alternativen ber Hochdurchsatz-Screening einer Chemikalien-Bibliothek. - Untersuchung des Mechanismus der Haploideninduktion. Bei der Behandlung von Wurzelmeristemen konnte gezeigt werden, dass die drei Herbizide APM, Oryzalin und Pronamid als Colchicin-Alternativen eingesetzt werden knnen. Verglichen mit Colchicin weisen sie alle eine deutlich geringere Toxizitt fr Suger auf. Auerdem wre ihr Einsatz durch die deutlich geringer bentigten Konzentrationen auch kosteneffizienter als eine Colchicinbehandlung. Nach Behandlung Haploider konnten jedoch bisher mit keiner Alternativbehandlung Doppelhaploide erzeugt werden. Die Behandlungsparameter fr Colchicin konnten im Rahmen der vorliegenden Arbeit weiter optimiert werden. So zeigte sich durch die Belftung der Behandlungslsung ein deutlicher Anstieg der Keimlingsvitalitt. Auerdem konnten nach der Behandlung zwei Tage alter Keimlinge die meisten Keimlinge mit verdoppeltem Chromosomensatz erzeugt werden. Aufgrund der vielversprechenden Eigenschaften der Herbizide APM, Oryzalin und Pronamid sollten weitere Experimente durchgefhrt werden, sobald grere Mengen an haploidem Saatgut zur Verfgung stehen. Das Screeningverfahren der LATCA-Bibliothek unter Verwendung einer transgenen Arabidopsis thaliana Linie zeigte sich als uerst effektiv zur Ermittlung von Mitoseinhibitoren. Nach Durchfhrung des Screenings von ~3600 chemischen Substanzen in drei Stufen konnten 51 Kandidaten von Colchicin-Alternativen ermittelt werden. Diese Substanzen sollten durch Behandlung von haploiden Maiskeimlingen genauer evaluiert werden. Denkbar wre auch das Screening weiterer Bibliotheken zur Entdeckung von Mitoseinhibitoren. Durch ein besseres Verstndnis des Mechanismus der Haploideninduktion knnte diese Technik verbessert und somit der Einsatz von Colchicin eingeschrnkt werden. Anhand der bisherigen Ergebnisse knnen jedoch keine Aussagen ber den Mechanismus der Haploideninduktion getroffen werden. Das eingesetzte Testsystem sollte daher noch weiter optimiert werden. Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, dass die Effizienz zur Erzeugung doppelhaploider Maispflanzen durch den Einsatz von Colchicin-Alternativen verbessert werden knnte. Auerdem konnten nach einem Screening von ~3600 chemischen Substanzen mittels A. thaliana 51 Chemikalien als potenzielle Mitoseinhibitoren detektiert werden.

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